ສຳລັບການສື່ສານຄວາມໄວສູງທີ່ສອດຄ່ອງກັນ ເຄື່ອງປັບ IQ ແບບກະທັດຮັດທີ່ອີງໃສ່ຊິລິໂຄນທີ່ອີງໃສ່ແສງ

ອອບໂຕອີເລັກໂທຣນິກທີ່ອີງໃສ່ຊິລິໂຄນຂະໜາດກະທັດຮັດຕົວປັບ IQສຳລັບການສື່ສານຄວາມໄວສູງທີ່ສອດຄ່ອງກັນ
ຄວາມຕ້ອງການທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນສຳລັບອັດຕາການສົ່ງຂໍ້ມູນທີ່ສູງຂຶ້ນ ແລະ ຕົວຮັບສົ່ງທີ່ມີປະສິດທິພາບດ້ານພະລັງງານຫຼາຍຂຶ້ນໃນສູນຂໍ້ມູນໄດ້ຊຸກຍູ້ການພັດທະນາອຸປະກອນທີ່ມີປະສິດທິພາບສູງ ແລະ ກະທັດຮັດ.ຕົວດັດແປງແສງເຕັກໂນໂລຊີອອບໂຕອີເລັກໂທຣນິກທີ່ອີງໃສ່ຊິລິກອນ (SiPh) ໄດ້ກາຍເປັນແພລດຟອມທີ່ມີຄວາມຫວັງສຳລັບການເຊື່ອມໂຍງອົງປະກອບໂຟໂຕນິກຕ່າງໆເຂົ້າໃນຊິບດຽວ, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ມີວິທີແກ້ໄຂທີ່ກະທັດຮັດ ແລະ ມີປະສິດທິພາບດ້ານຕົ້ນທຶນ. ບົດຄວາມນີ້ຈະສຳຫຼວດໂມດູເລເຕີຊິລິກອນ IQ ທີ່ຖືກສະກັດກັ້ນແບບໃໝ່ໂດຍອີງໃສ່ GeSi EAMs, ເຊິ່ງສາມາດເຮັດວຽກໃນຄວາມຖີ່ສູງເຖິງ 75 Gbaud.
ການອອກແບບອຸປະກອນ ແລະ ຄຸນລັກສະນະຕ່າງໆ
ຕົວປັບປ່ຽນ IQ ທີ່ສະເໜີມານີ້ ຮັບຮອງເອົາໂຄງສ້າງສາມແຂນທີ່ກະທັດຮັດ ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 1 (ກ). ປະກອບດ້ວຍ GeSi EAM ສາມຕົວ ແລະ ຕົວປ່ຽນໄລຍະທາງດ້ວຍຄວາມຮ້ອນສາມຕົວ, ໂດຍຮັບຮອງເອົາການຕັ້ງຄ່າທີ່ສົມມາດ. ແສງອິນພຸດຖືກເຊື່ອມຕໍ່ກັບຊິບຜ່ານຕົວເຊື່ອມຕໍ່ grating (GC) ແລະແບ່ງອອກເປັນສາມເສັ້ນທາງເທົ່າໆກັນຜ່ານ multimode interferometer (MMI) 1×3. ຫຼັງຈາກຜ່ານຕົວປັບປ່ຽນ ແລະ ຕົວປ່ຽນໄລຍະ, ແສງຈະຖືກລວມເຂົ້າກັນໃໝ່ໂດຍ MMI 1×3 ອີກອັນໜຶ່ງ ແລະ ຫຼັງຈາກນັ້ນເຊື່ອມຕໍ່ກັບເສັ້ນໄຍຮູບແບບດຽວ (SSMF).

ຮູບທີ 1: (ກ) ຮູບພາບກ້ອງຈຸລະທັດຂອງໂມດູເລດ IQ; (ຂ) – (ງ) EO S21, ສະເປກຕຣຳອັດຕາສ່ວນການສູນພັນ, ແລະ ການສົ່ງຜ່ານຂອງ GeSi EAM ດຽວ; (ຈ) ແຜນວາດແຜນວາດຂອງໂມດູເລດ IQ ແລະ ເຟສທາງແສງຂອງຕົວປ່ຽນເຟສທີ່ສອດຄ້ອງກັນ; (ສ) ການສະແດງການສະກັດກັ້ນພາຫະນະເທິງລະນາບສະລັບສັບຊ້ອນ. ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 1 (ຂ), GeSi EAM ມີແບນວິດເອເລັກໂຕຣ-ອໍບຕິກທີ່ກວ້າງ. ຮູບທີ 1 (ຂ) ໄດ້ວັດແທກພາລາມິເຕີ S21 ຂອງໂຄງສ້າງການທົດສອບ GeSi EAM ດຽວໂດຍໃຊ້ເຄື່ອງວິເຄາະອົງປະກອບແສງ 67 GHz (LCA). ຮູບທີ 1 (ຄ) ແລະ 1 (ງ) ຕາມລຳດັບສະແດງໃຫ້ເຫັນສະເປກຕຣຳອັດຕາສ່ວນການສູນພັນຄົງທີ່ (ER) ທີ່ແຮງດັນໄຟຟ້າ DC ທີ່ແຕກຕ່າງກັນ ແລະ ການສົ່ງຜ່ານທີ່ຄວາມຍາວຄື້ນ 1555 ນາໂນແມັດ.
ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 1 (e), ລັກສະນະຫຼັກຂອງການອອກແບບນີ້ແມ່ນຄວາມສາມາດໃນການສະກັດກັ້ນຕົວນຳແສງໂດຍການປັບຕົວປ່ຽນເຟສທີ່ປະສົມປະສານຢູ່ໃນແຂນກາງ. ຄວາມແຕກຕ່າງຂອງເຟສລະຫວ່າງແຂນເທິງ ແລະ ແຂນລຸ່ມແມ່ນ π/2, ໃຊ້ສຳລັບການປັບແບບສະລັບສັບຊ້ອນ, ໃນຂະນະທີ່ຄວາມແຕກຕ່າງຂອງເຟສລະຫວ່າງແຂນກາງແມ່ນ -3 π/4. ການຕັ້ງຄ່ານີ້ອະນຸຍາດໃຫ້ມີການແຊກແຊງທີ່ທຳລາຍຕົວນຳແສງ, ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນລະນາບສະລັບສັບຊ້ອນຂອງຮູບທີ 1 (f).
ການຕັ້ງຄ່າການທົດລອງ ແລະ ຜົນໄດ້ຮັບ
ການຕັ້ງຄ່າການທົດລອງຄວາມໄວສູງແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 2 (ກ). ເຄື່ອງສ້າງຮູບແບບຄື້ນແບບບໍ່ຕັ້ງໃຈ (Keysight M8194A) ຖືກໃຊ້ເປັນແຫຼ່ງສັນຍານ, ແລະ ເຄື່ອງຂະຫຍາຍສັນຍານ RF 60 GHz ສອງຕົວ (ທີ່ມີຕົວເຊື່ອມຕໍ່ໄບອາສໃນຕົວ) ຖືກໃຊ້ເປັນຕົວຂັບໂມດູເລເຕີ. ແຮງດັນໄບອາສຂອງ GeSi EAM ແມ່ນ -2.5 V, ແລະ ສາຍ RF ທີ່ມີໄບອາສຖືກໃຊ້ເພື່ອຫຼຸດຜ່ອນຄວາມບໍ່ກົງກັນຂອງເຟສທາງໄຟຟ້າລະຫວ່າງຊ່ອງ I ແລະ Q.
ຮູບທີ 2: (ກ) ການຕັ້ງຄ່າການທົດລອງຄວາມໄວສູງ, (ຂ) ການສະກັດກັ້ນຕົວນຳທີ່ 70 Gbaud, (ຄ) ອັດຕາຄວາມຜິດພາດ ແລະ ອັດຕາຂໍ້ມູນ, (ງ) ກຸ່ມດາວທີ່ 70 Gbaud. ໃຊ້ເລເຊີຊ່ອງພາຍນອກທາງການຄ້າ (ECL) ທີ່ມີຄວາມກວ້າງຂອງເສັ້ນ 100 kHz, ຄວາມຍາວຄື້ນ 1555 nm, ແລະ ພະລັງງານ 12 dBm ເປັນຕົວນຳແສງ. ຫຼັງຈາກການມອດູເລດ, ສັນຍານແສງຈະຖືກຂະຫຍາຍໂດຍໃຊ້ເຄື່ອງຂະຫຍາຍສັນຍານເສັ້ນໄຍທີ່ມີສານເສີມ erbium(EDFA) ເພື່ອຊົດເຊີຍການສູນເສຍການເຊື່ອມຕໍ່ໃນຊິບ ແລະ ການສູນເສຍການໃສ່ໂມດູເລເຕີ.
ຢູ່ປາຍຮັບ, ເຄື່ອງວິເຄາະສະເປກຕຣຳແສງ (OSA) ຈະຕິດຕາມກວດກາສະເປກຕຣຳສັນຍານ ແລະ ການສະກັດກັ້ນຕົວນຳສັນຍານ ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 2 (b) ສຳລັບສັນຍານ 70 Gbaud. ໃຊ້ເຄື່ອງຮັບສັນຍານທີ່ສອດຄ່ອງກັບໂພລາໄຣເຊຊັນຄູ່ເພື່ອຮັບສັນຍານ, ເຊິ່ງປະກອບດ້ວຍເຄື່ອງປະສົມແສງ 90 ອົງສາ ແລະ ສີ່ຕົວໂຟໂຕໄດໂອດທີ່ສົມດຸນ 40 GHz, ແລະເຊື່ອມຕໍ່ກັບອອດຊິວໂລສະໂຄບເວລາຈິງ 33 GHz, 80 GSa/s (RTO) (Keysight DSOZ634A). ແຫຼ່ງ ECL ທີສອງທີ່ມີຄວາມກວ້າງຂອງເສັ້ນ 100 kHz ຖືກນໍາໃຊ້ເປັນຕົວສັ່ນທ້ອງຖິ່ນ (LO). ເນື່ອງຈາກເຄື່ອງສົ່ງສັນຍານເຮັດວຽກພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂໂພລາໄລເຊຊັນດຽວ, ມີພຽງສອງຊ່ອງທາງເອເລັກໂຕຣນິກເທົ່ານັ້ນທີ່ໃຊ້ສໍາລັບການປ່ຽນອະນາລັອກເປັນດິຈິຕອນ (ADC). ຂໍ້ມູນຖືກບັນທຶກໄວ້ໃນ RTO ແລະປະມວນຜົນໂດຍໃຊ້ໂປເຊດເຊີສັນຍານດິຈິຕອນອອບໄລນ໌ (DSP).
ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 2 (c), ຕົວດັດແປງ IQ ໄດ້ຖືກທົດສອບໂດຍໃຊ້ຮູບແບບການດັດແປງ QPSK ຈາກ 40 Gbaud ຫາ 75 Gbaud. ຜົນໄດ້ຮັບຊີ້ໃຫ້ເຫັນວ່າພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂການແກ້ໄຂຄວາມຜິດພາດການຕັດສິນໃຈລ່ວງໜ້າແບບຍາກ (HD-FEC) 7%, ອັດຕາສາມາດບັນລຸ 140 Gb/s; ພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂການແກ້ໄຂຄວາມຜິດພາດການຕັດສິນໃຈລ່ວງໜ້າແບບອ່ອນ (SD-FEC) 20%, ຄວາມໄວສາມາດບັນລຸ 150 Gb/s. ແຜນວາດກຸ່ມດາວທີ່ 70 Gbaud ແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 2 (d). ຜົນໄດ້ຮັບຖືກຈຳກັດໂດຍແບນວິດຂອງອອດຊິວໂລສະໂຄບທີ່ 33 GHz, ເຊິ່ງເທົ່າກັບແບນວິດສັນຍານປະມານ 66 Gbaud.

ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 2 (b), ໂຄງສ້າງສາມແຂນສາມາດສະກັດກັ້ນຕົວນຳທາງແສງໄດ້ຢ່າງມີປະສິດທິພາບດ້ວຍອັດຕາການປິດບັງເກີນ 30 dB. ໂຄງສ້າງນີ້ບໍ່ຕ້ອງການການສະກັດກັ້ນຕົວນຳທາງຢ່າງສົມບູນ ແລະ ຍັງສາມາດໃຊ້ໃນເຄື່ອງຮັບທີ່ຕ້ອງການສຽງຕົວນຳທາງເພື່ອກູ້ຄືນສັນຍານ, ເຊັ່ນເຄື່ອງຮັບ Kramer Kronig (KK). ຕົວນຳທາງສາມາດປັບໄດ້ຜ່ານຕົວປ່ຽນໄລຍະແຂນກາງເພື່ອໃຫ້ໄດ້ອັດຕາສ່ວນຕົວນຳທາງຕໍ່ແຖບຂ້າງ (CSR) ທີ່ຕ້ອງການ.
ຂໍ້ດີ ແລະ ການນຳໃຊ້
ປຽບທຽບກັບໂມດູເລດ Mach Zehnder ແບບດັ້ງເດີມ (ຕົວໂມດູເລດ MZM) ແລະຕົວປັບປ່ຽນ IQ optoelectronic ທີ່ອີງໃສ່ຊິລິກອນອື່ນໆ, ຕົວປັບປ່ຽນ IQ ຊິລິກອນທີ່ສະເໜີມາມີຂໍ້ດີຫຼາຍຢ່າງ. ຫນ້າທໍາອິດ, ມັນມີຂະໜາດກະທັດຮັດ, ນ້ອຍກວ່າຕົວປັບປ່ຽນ IQ ຫຼາຍກວ່າ 10 ເທົ່າໂດຍອີງໃສ່ເຄື່ອງປັບ Mach Zehnder(ບໍ່ລວມແຜ່ນຍຶດຕິດ), ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງເພີ່ມຄວາມໜາແໜ້ນຂອງການເຊື່ອມໂຍງ ແລະ ຫຼຸດຜ່ອນພື້ນທີ່ຊິບ. ອັນທີສອງ, ການອອກແບບເອເລັກໂຕຣດທີ່ວາງຊ້ອນກັນບໍ່ຈໍາເປັນຕ້ອງໃຊ້ຕົວຕ້ານທານປາຍ, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງຫຼຸດຜ່ອນຄວາມຈຸຂອງອຸປະກອນ ແລະ ພະລັງງານຕໍ່ບິດ. ອັນທີສາມ, ຄວາມສາມາດໃນການສະກັດກັ້ນພາຫະນະເຮັດໃຫ້ການຫຼຸດຜ່ອນພະລັງງານສົ່ງຜ່ານສູງສຸດ, ປັບປຸງປະສິດທິພາບພະລັງງານຕື່ມອີກ.
ນອກຈາກນັ້ນ, ແບນວິດທາງແສງຂອງ GeSi EAM ແມ່ນກວ້າງຫຼາຍ (ຫຼາຍກວ່າ 30 ນາໂນແມັດ), ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ບໍ່ຈຳເປັນຕ້ອງໃຊ້ວົງຈອນຄວບຄຸມການຕອບສະໜອງຫຼາຍຊ່ອງທາງ ແລະ ໂປເຊດເຊີເພື່ອເຮັດໃຫ້ຄວາມໝັ້ນຄົງ ແລະ ການປະສານສຽງສະທ້ອນຂອງຕົວປັບຄວາມຖີ່ໄມໂຄເວຟ (MRMs) ມີຄວາມໝັ້ນຄົງ, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງເຮັດໃຫ້ການອອກແບບງ່າຍຂຶ້ນ.
ຕົວດັດແປງ IQ ທີ່ກະທັດຮັດ ແລະ ມີປະສິດທິພາບນີ້ ເໝາະສົມຫຼາຍສຳລັບລຸ້ນຕໍ່ໄປ, ຈຳນວນຊ່ອງສັນຍານສູງ, ແລະ ຕົວຮັບສົ່ງສັນຍານຂະໜາດນ້ອຍທີ່ສອດຄ່ອງກັນໃນສູນຂໍ້ມູນ, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ມີຄວາມອາດສາມາດສູງຂຶ້ນ ແລະ ການສື່ສານທາງແສງທີ່ມີປະສິດທິພາບດ້ານພະລັງງານຫຼາຍຂຶ້ນ.
ຕົວໂມດູເລເຕີຊິລິໂຄນ IQ ທີ່ຖືກສະກັດກັ້ນດ້ວຍຕົວຮັບສົ່ງສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງປະສິດທິພາບທີ່ດີເລີດ, ດ້ວຍອັດຕາການສົ່ງຂໍ້ມູນສູງເຖິງ 150 Gb/s ພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂ SD-FEC 20%. ໂຄງສ້າງ 3 ແຂນທີ່ກະທັດຮັດຂອງມັນໂດຍອີງໃສ່ GeSi EAM ມີຂໍ້ໄດ້ປຽບທີ່ສຳຄັນໃນດ້ານພື້ນທີ່, ປະສິດທິພາບດ້ານພະລັງງານ, ແລະ ຄວາມລຽບງ່າຍໃນການອອກແບບ. ຕົວໂມດູເລເຕີນີ້ມີຄວາມສາມາດໃນການສະກັດກັ້ນ ຫຼື ປັບຕົວຮັບສົ່ງແສງ ແລະ ສາມາດປະສົມປະສານກັບການກວດຈັບທີ່ສອດຄ່ອງ ແລະ ໂຄງການກວດຈັບ Kramer Kronig (KK) ສຳລັບເຄື່ອງຮັບສົ່ງສັນຍານທີ່ສອດຄ່ອງຫຼາຍສາຍ. ຜົນສຳເລັດທີ່ສະແດງໃຫ້ເຫັນໄດ້ຊຸກຍູ້ໃຫ້ເກີດການຮັບຮູ້ເຄື່ອງຮັບສົ່ງສັນຍານແສງທີ່ມີປະສິດທິພາບ ແລະ ປະສົມປະສານສູງເພື່ອຕອບສະໜອງຄວາມຕ້ອງການທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນສຳລັບການສື່ສານຂໍ້ມູນຄວາມຈຸສູງໃນສູນຂໍ້ມູນ ແລະ ຂົງເຂດອື່ນໆ.